天然气在复杂枝状管网系统内不稳定流动及其计算机模拟

应用系统分析方法,建立并求解了由干线模型、支线模型和联立模型组合成的复杂枝状管网系统的数学模型。干线模型和支线模型都是非线性偏微分方程组,在一定条件下可以线性化,然后用解析法求解联立模型是根据干线和支线的连接条件而建立起来的一个第一类Volterra型积分方程组。其解一般不具稳定性,为了获得稳定的解,采用了吉洪诺夫正则化求解法。以这些模型为基础编制的计算机模拟分析软件,刘四川气田局部管网进行了实际模拟分析,取得了满意的结果。     

天然气在复杂枝状管网系统内不稳定流动及其计算机模拟

应用系统分析方法,建立并求解了由干线模型、支线模型和联立模型组合成的复杂枝状管网系统的数学模型。干线模型和支线模型都是非线性偏微分方程组,在一定条件下可以线性化,然后用解析法求解联立模型是根据干线和支线的连接条件而建立起来的一个第一类Volterra型积分方程组。其解一般不具稳定性,为了获得稳定的解,采用了吉洪诺夫正则化求解法。以这些模型为基础编制的计算机模拟分析软件,刘四川气田局部管网进行了实际模拟分析,取得了满意的结果。     

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天然气管道发生泄漏扩散是输气管道事故危害的根本原因，因此建立输气管道泄漏扩散的合理模型是正确评估输气管道事故损失后果的关键技术之一。通过分析高斯（Gaussian）模型、Sutton模型和重气模型等常见气体扩散数学模型在模拟天然气管道泄漏扩散过程中的局限性，结合天然气管道泄漏扩散过程的特殊性，在同时考虑输气管道孔口泄漏过程的射流作用和膨胀效应，以及重力作用和水平风速对天然气扩散的影响效果的基础上，建立起了适合天然气管道泄漏特点的扩散模型。该模型从考虑因素的合理性和气体泄漏边界条件的选取上都更加符合天然气管道泄漏扩散过程的实际情况。此外还对新建模型的科学合理性和使用可靠性进行了算例模拟分析检验。     

数字化管道技术在在役输气管道上的应用研究

我国在役输气管道自动化,数字化管理水平普遍偏低,数字化管道技术可以大大提高管道的管理效率。通过介绍数字化管道的概念及包含的内容,将数字化管道技术引入在役输气管道。指出数字化管道技术应用于在役输气管道主要是建立管理信息系统(MIS系统)、SCADA系统、仿真系统相结合,集自动化控制、仿真模拟及信息管理于一体的管道运行管理系统。介绍了各系统的组成和功能;讨论了构建系统所需的支撑技术,证明了数字化管道技术应用于在役输气管道的可行性。针对我国现役输气管道的现状,指出数字化管道技术具有广阔的应用前景。     

起伏地形天然气长输管道运行优化研究

分析了长距离输气管道系统中影响管道运营费用的各种因素，考虑了沿线高程差的影响，以管道运行的终值费用最小为目标函数，加以水力、热力、流态等约束条件，建立了长距离输气管道优化运行数学模型，并利用惩罚函数法对模型进行求解。实例计算结果表明，该模型对实际工作有一定的指导作用。     

天然气管道干线并行跨接方案研究

随着我国天然气管道的快速发展,长距离并行干线天然气管道系统逐渐增多.未来,我国河西走廊还将规划多条大口径、高压力的并行输气管道.长距离并行输气管道在压气站场合建;备用压缩机共用;在站场和阀室进行跨接;管道阀室共用放空系统等方面,与独立管道相比,并行管道的设计理念有了很大的区别.采用TGNET（气体管道瞬态和稳态模拟计算软件）建立了某两条并行干线天然气管道的模型,对并行管道联合运行与独立运行的能耗情况进行了模拟计算,并对阀室跨接方案进行了模拟分析及比选.得出的结论对并行干线天然气管道的工艺设计具有一定的借鉴意义.     

输气管道环境及地质灾害风险评估模型

地质灾害对油气输送管道的正常建设和运行造成严重的威胁,因此建立适合我国国情的输气管道环境及地质灾害风险评估模型具有重要意义.通过参考国际通用的管道风险指标体系评估模型,建立了输气管道环境及地质灾害风险评估基本模型;针对某些区域或某些灾害的特殊问题,建立了输气管道环境及地质灾害风险评估灾害历史修正模型和输气中断修正模型.这些修正模型提高了输气管道环境及地质灾害风险评估结果的准确性.     

输气管道故障诊断中的实时模型法

天然气在管道输送过程中，由于一些自然因素和人为因素，不可避免地会有管道泄漏事件发生。这对社会和环境会造成巨大的威胁。而实时模型法是目前国际上被广泛研究并且运用得最多的管道泄漏检测方法，采用该方法不仅能够检测到管道运行中发生的较小的气体泄漏，而且具有定位精度高的优点。为此，对输气管道的气体进行了微元划分，在对各微元沿程散热损失、质量守恒和受力平衡进行分析的基础上，提出以管网SCADA实测参数为边界条件，以管道沿程热力、动力平衡微分方程和气体连续性方程为检测模型的输气管道泄漏检测定位方法--实时模型法。同时考虑到计算机求解时的计算精度和求解速度，采用了四阶显式格式（龙格-库塔法）来求解所建立的数学模型。应用结果表明，所给出的方法是一种可行度很高的管道泄漏检测方法。     

单级闪蒸的联立模块解法

本文从求解一般过程系统的观点出发,扼要地讨论了目前关于过程系统模拟的解算方法,详细地介绍了联立模块算法的思想并结合单级闪蒸,从过程的物理概念及数值特点导出联立模块算法的简化模型,最后列出了单级闪蒸联立模块算法的详细步骤,为开展过程模拟的联立模块解法提供了借鉴.     

输气管道失效HCA模型的确定

高压输气管道事故会导致严重后果，为了减轻管道事故的影响，有必要对输气管道失效后果严重区进行分析。采用事件树分析法进行风险分析并建立了数学模型，包括火灾模型、有效释放率模型、热强度极限值、危险区域等式四部分。通过对已报道的输气管道严重事故的预测破坏程度和实际破坏程度进行比较建立模型的有效性。     

球塞气举排水采气系统效率计算与分析

把球塞气举排水采气系统划分为压缩机组、地面注气管线、井内注气油管和球塞举升油管等几个子系统,分别建立了评价各个子系统效率的数学模型,从而得到了球塞气举排水采气系统效率的计算方法,并进行了实例计算与分析,所获得的结论及认识对进一步探讨球塞气举举升机理具有重要意义。     

输气管道优化运行技术

输气管道的输送效益取决于购气价格、售气价格以及购气量和售气量。由于生产气量、气压和用户用气量、气压是可以在一定范围内变化的，这就决定了管道运行调度方案具有多样性。因此针对生产条件和用户条件，合理地确定管道系统的输压、分配用户的用气量，从而科学地确定其经营策略是十分必要的。文章以管道运输部门的最大收益为目标，综合考虑上游生产条件、下游用气条件以及管道系统的工况条件，建立了管道系统优化运行数学模型，并采用线性化法和单纯形法讨论了模型的求解。该模型和算法既考虑了管道元件和非管元件，又考虑了管网的任意结构形式，因而可适用输气干线、集输管网和配气管网的优化运行分析。最后通过算例验证了模型和算法的可行性。     

天然气管网抗震工程投资分配混沌粒子群算法

天然气管网是具有网络特性的复杂生命线系统，其抗震工程投资最优分配问题，因呈现高度的非线性及约束条件多的特点，难以用传统的优化方法求解。利用粒子群优化算法收敛速度快的优点，结合混沌运动的遍历性、伪随机性等特点，提出了一种基于混沌思想的粒子群优化算法，该算法保持了群体多样性，增强了多维空间的全局寻优能力，应用于天然气管网系统的抗震工程投资决策，有效地避免了一般演化算法的早熟收敛现象。以一个多源多汇天然气管网为例，进行了抗震工程投资的优化计算，计算结果表明，所建立的模型和算法具有一定的实用性。     

An intelligent optimization–based prediction model for natural gas hydrate formation in a deepwater pipeline

Temperature, pressure, and composition of gas mixtures in deepwater pipelines promote rapid formation of gas hydrates. To avert this dilemma, it is more significant to find out the temperature and pressure limits in gas hydrates formation of the deepwater pipeline. The objective of this research is to develop an optimization method that finds the optimal temperature and pressure profile for natural gas hydrate formation conditions and an error calculation method to find the realistic approach of the hydrate formation prediction model. A newly developed correlation model is computing the hydrate formation pressure and temperature for a single component of methane (CH₄) gas. The proposed developed prediction model is based on the 2 and 15 constant coefficients and holds a wide range of temperature and pressure data about 2.64 to 46°C and 0.051 to 400 MPa for pure water and methane, respectively. The reducing error discrepancies are 1.2871, 0.35012, and 1.9052, which is assessed by GA, PSO, and GWO algorithms, respectively. The results show the newly developed optimization algorithms are in admirable compliance with the experimental data and standards of empirical models. These correlations are providing the capability to predict gas hydrate forming conditions for a wide range of hydrate formation data.     

环形掺热水集输系统优化设计及分析

针对单、双管环形掺热水集油流程,给出了系统的水力、热力参数,包括流量、含水率、压力、温度、比热等的计算方法,以系统的热耗、电耗及投资为目标,以压力、温度、管径取值范围为约束条件,建立了系统参数多目标优化数学模型,并给出了求解方法。结合实例分析,指出：双管环形集油流程的掺水管线较长,导致系统投资、系统电耗较大;单管环形集油流程在环上掺水较集中,导致系统热耗较大。按本文建立的目标函数,经优化得出,双管环形集油流程较优。     

基于黑箱方法的压气站运行优化模型研究--管段约束处理方法研究

针对枝状长输天然气管道运行状况，首次提出采用将整个长输管道系统分为压气站系统和管道系统两大类别，然后对两大系统分别进行单独的处理。基于黑箱方法的复杂枝状管网系统压气站运行优化模型，主要包括目标函数和约束条件。在约束条件中，最难以处理的问题之一就是管段的约束，针对复杂枝状输气管网的管段约束条件提出了一种新的处理方法。研究证明：该处理方法易于进行计算机编程实现，体现了结构化的算法思想。     

基于风险的长输油气管道选线优化方法

长输油气管道选线是复杂的多目标决策问题,控制事故风险、降低建设成本是选线的两个主要目标。应用多目标决策理论,以选择风险可接受且建设成本较低的路线为优化目标,提出了长输油气管道选线优化方法。通过研究优化目标的计算方法,分析选线的约束条件,确定网格划分的精度及范围,建立了选线优化模型,运用动态规划算法求解该模型并进行了实例应用。结果表明,基于风险的选线优化方法是可行的,长输油气管道个人风险标准和村庄或建（构）筑物的搬迁情况可作为选线的约束条件,定义特殊区域周边局部范围的地形地貌类型有助于控制个人风险,两个优化目标的权重分配需要根据实际情况进行调整。     

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中国四川省的天然气管网已运行30年,管线老化、腐蚀严重,近几年爆管事故频繁,严重影响管道安全和正常输气。迫切需要了解和提高管道系统的运行可靠性,减少事故,延长管道系统的使用寿命。文章论述了天然气管道运行可靠性评价技术理论内容和计算方法,给出了天然气管道系统中线路部分、压气站和整个系统可靠性指标的计算公式,分析了天然气管道的失效模式和寿命分布模型, 提出了保证管道系统可靠性的措施。     

城市燃气管道事故综合风险评价

为确定城市燃气管道分布的合理性,对事故及事故安全隐患进行分析,提出了基于降灾因子的事故概率综合风险评价方法。通过分析燃气管道非稳态泄漏过程及非稳态泄漏率不定常的特点,以湍流扩散微分方程为基础,研究了多态参数动态非定常泄漏及动态扩散计算数学模型,并运用格林函数得出了其相应经验解析公式;分析了基于燃气抬升性条件下的燃气泄漏火灾爆炸事故的概率伤亡风险模型;以实际案例为基础,获得了其管线最大风险下的最小个体安全距离及最大社会风险曲线。